Dokumen tersebut membahas tentang statika fluida, yang mencakup definisi statika fluida sebagai cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, tekanan, hubungan tekanan dengan kedalaman, tekanan atmosfer, dan alat pengukur tekanan seperti barometer."

2. Kata Pengantar
Assalamualaikum Wr.Wb.
Allhamdulillah, segala puji bagi Tuhan Yang Maha Esa, yang
melimpahkan kepda kita semua sebuah anugerah kesahatan. Sehingga berkat
hidayah dan kesehatan yang telah diberikan-Nya kepada kita bermanfaat bagi
orang lain dan diri kita sendiri.
Kita ketahui sesungguhnya karunia di dapat dari usaha dan ridha dari-Nya.
Bahan ajar yang kami buat ini, alhamdullillah dapat diselesaikan, walapun bahan
pembelajaran tidak begitu sempurna. Tidak lupa juga kami ucapkan terima kasih
kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penyelesaian bahan
pembelajaran ini, yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu.
Materi pembelajaran ini berisi tentang Statika Fluida. Fluida ini
berhubungan dengan sesuatu yang dapat mengalir sehingga sering disebut sebagai
zat alir. Untuk statika fluida berhubungan dengan fluida yang diam dan bersifat
mengikuti bentuk setiap wadahnya.
Materi tentang statika fluida dibuat sebagai bahan ajar yang didapat dari
berbagai sumber pustaka. Tujuannya adalah agar peserta didik dapat mengetahui,
memahami serta dapat juga menjelaskan dengan sendirinya apa itu statika
fluida,bagaimana penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Serta peserta didik
juga dapat menjawab soal yang ada.
Akhirnya penulis mengharapkan bahan ajar ini dapat bermanfaat untuk
semuanya dan penulis. Dan sangat diharapkan juga saran dan kritik yang dapat
membangun untuk keberhasilan penulis kedepannya.
Wassalamualaikum Wr.Wb.
Indralaya, November 2009
Penulis
II

3. Sasaran Pembelajaran Statika Fluida :
- Peserta didik dapat mengetahui
dan memahami definisi statika
fluida, tekanan, Hukum Pascal
dan Hukum Archimedes.
- Mampu menjelaskan tentang
materi statika fluida, bagaimana
penerapannya dalam kehidupan
sehari-hari.
- Dapat mendiskusikan rumusan yang berhubungan dengan materi statika
fluida, mendiskusikan materi tentang tekanan hidrostatik, Hukum Pascal,
dan Hukum Archimedes.
- Dapat mengetahui proses statika fluida-nya dari alat-alat yang
menggunakan penerapan statika fluida.
- Mampu menyelesaikan dan menjawab soal-soal yang berhubungan dengan
statika fluida.
III

4. Daftar Isi
Halaman Judul ..........................................................................................
Kata Pengantar .........................................................................................
Sasaran Pembelajan Materi Statika Fluida ...............................................
Daftar Isi ..................................................................................................
A. Pendahuluan ......................................................................................
B. Definisi Statika Fluida ......................................................................
C. Tekanan .............................................................................................
1. Pengertian Tekanan .......................................................................
2. Hubungan Tekanan Dengan Kedalaman .......................................
3. Tekanan Atmosfer..........................................................................
4. Alat Pengukur Tekanan ..................................................................
D. Tekanan Hidrostatik ...........................................................................
E. Hukum Pascal ....................................................................................
F. Hukum Archimedes Dan Gaya Apung ..............................................
1. Hubungan Massa Jenis Benda Dan Massa Jenis Fluida ..............
2. Mengapung, Tenggelam dan Melayang .......................................
3. Penerapan Hukuman Archimedes……………………………….
G. Tegangan Permukaan ……………………………………………….
1. Pengertian dan Pengukuran Tegangan Permukaan ……………..
2. Kapilaritas ………………………………………………………
H. Evaluasi
Daftar Pustaka
I
II
III
IV
1
1
2
2
3
4
6
8
10
12
14
14
16
18
18
19
19
V
IV

5. Statika Fluida
A. Pendahuluan
Yang termasuk fluida hanyalah zat cair dan gas. Salah satu ciri utama fluida
adalah kenyataannya bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung
pada waktu. Ini disebabkan oleh lemahnya ikatan antara molekul yang disebut
kohesi. Gas bersifat mudah dimampatkan sedangkan zat cair sulit untuk
dimampatkan. Gas jika dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar akan
berubah menjadi zat cair.
Mekanika gas dan zat cair yang bergerak mempunyai perbedaan dalam
beberapa hal, tetapi dalam keadaan diam keduanya mempunyai perilaku yang
sama dan ini dipelajari dalam statika fluida. Fluida yang dipelajari terbagi menjadi
dua yaitu fluida tak bergerak atau sering dikenal dengan hidrostatika dan
hidrodinamika atau fluida yang bergerak.
B. Definisi Statika Fluida
Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan
terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Fluida terbagi dua yaitu dinamika
fluida dan statika fluida. Ilmu mengenai fluida dalam keadaan bergerak disebut
sebagai dinamika fluida. Sedangkan,statika fluida juga disebut hidrostatika, yaitu
cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam.
Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan kesetimbangan
yang stabil. Penggunaan fluida untuk melakukan kerja disebut hidrolika, Fluida
statis selalu mempunyai bentuk yang dapat berubah secara kontinyu mengikuti
bentuk wadahnya karena fluida tidak dapat menahan gaya geser.
Gambar 1. Fluida Statis Mengikuti Bentuk Wadahnya
1

6. C. Tekanan
Karena sifatnya yang tidak dapat dengan mudah dimampatkan, fluida dapat
menghasilkan tekanan normal pada semua permukaan yang berkontak dengannya.
Pada keadaan diam (statik), tekanan tersebut bersifat isotropik, yaitu bekerja
dengan besar yang sama ke segala arah. Karakteristik ini membuat fluida dapat
mentransmisikan gaya sepanjang sebuah pipa atau tabung, yaitu, jika sebuah gaya
diberlakukan pada fluida dalam sebuah pipa, maka gaya tersebut akan
ditransmisikan hingga ujung pipa. Jika terdapat gaya lawan di ujung pipa yang
besarnya tidak sama dengan gaya yang ditransmisikan, maka fluida akan bergerak
dalam arah yang sesuai dengan arah gaya resultan.
Konsepnya pertama kali diformulasikan, dalam bentuk yang agak luas, oleh
matematikawan dan filsuf Perancis, Blaise Pascal pada 1647 yang kemudian
dikenal sebagai Hukum Pascal. Hukum ini mempunyai banyak aplikasi penting
dalam hidrolika. Galileo Galilei, juga adalah bapak besar dalam hidrostatika.
1. Pengertian Tekanan
Tekanan merupakan gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi
dengan luas bidang tersebut, tidak menjadi masalah bagaimana orientasi
permukaan (tegak, menadatar atau miring). Tekanan tidak memiliki arah tertentu
hingga tekanan termasuk besaran skalar. Berbeda dengan tekanan, sebuah gaya
adalah sebuah vektor, yang berarti memiliki arah tertentu. Adapun rumus dari
tekanan adalah sebagai berikut :
luas
gaya
tekanan = atau
A
F
p =
Keterangan :
p = tekanan (N/m2
) atau Pa
F = Gaya yang bekerja (N)
A = Luas bidang (m2
)
Dalam sistem SI N/m2
disebut dengna Pascal (Pa), dengan 1 Pa = 1 N/m
Contoh soal :
Dua balok sejenis yang beratnya 24N terletak pada lantai seperti ditunjukan
pada gambar. Hitung tekanan masing-masing balok pada lantai.
2

7. Jawab :
Perhatikan gambar, kedua balok
memiliki berat yang sama tetapi
bidang alas keduanya berbeda,
sehingga tekanannya akan berbeda.
Balok a berdiri pada lanatai dengna sisi
ABCD seluas A1 = (3m) x (2m), tekanannya :
Pa
m
N
A
F
p 4
6
24
2
1
1 ===
Balok b berdiri pada lanatai dengna sisi ABQP seluas A2 = (4m) x (3m) =
12m2
, tekanannya : Pa
m
N
A
F
p 2
12
24
2
2
2 ===
Dari keterangan soal di atas menyatakan bahwa semakin besar luas
permukaan bidang semakin besar pula tekanan yang dihasilkan dan sebaliknya.
2. Hubungan Tekanan Dengan Kedalaman
Gambar 3. Elemen volume pada ketinggian z dari acuan.
Dengan menggunakan humu Newton kita dapat menurunkan persamaan
yang menghubungkan tekanan dengna kedalaman fluida. Pada gambar di atas
terdapat volume fluida sebsar dxdydz. Bagian atas elemen volume tersebut akan
memperoleh gaya ke bawah sebesar :
(d + dp) dx dy
Sedangkan pada sebagian atas terdapat gaya ke atas sebesar :
p dx dy
z=H
(p + dp)A
dz z
dy
g
dx
Posisi Acuan
+
C
3
D
A
P
R
Q
B
4
2
O
Gambar 2. Duabalok dengan
luas permukaan yang berbeda.
4
D C
PQ
O
A
2
3 B
R
3

8. Apabila benda dalam keadaan seimbang, maka berdasarkan hukum Newton
I kedua gaya ini saling meniadakan, sehingga setelah menyemakan kedua gaya
tersebut akan diperoleh :
p dx dy = (p + dp) dxdy + dw
p dx dy = (p + dp) dxdy + ρ gdx dy dz
dp + ρ g dz = 0
g
dz
dp
ρ−=
Tanda (–) muncul karena arah z berlawan dengna arah g. Ini adalah
persamaan diferensial yang dapat diselesaikan dengna mudah jika rapat massa ρ
tidak tergangtung pada z. Dengna integerasikan persamaan tersebut terhdapa dz
dan memasukkan syarat batas p(H) = po maka akan diperoleh :
p(z) = p(H) + ρ g (H-z)
p(z) = po + ρ g (H-z)
Misalkan digunakan parameter h yaitu kedalaman elemen volume relatif
terhadap permukaan, maka diperolhe :
h = H – z
dg = - dz
sehingga :
g
dz
dp
dh
dp
ρ=
−
=
Dan apabila diintegrasikan diperoleh : ghpp o ρ+=
Keterangan :
p = tekanan (N/m2
) atau Pa g= gravitasi (9,8 m/s2
atau 10 m/s2
)
po = tekanan di permukaan h = kedalaman (m)
ρ = massa jenis
5. Tekanan Atmosfer
Suatu permukaan di udara akan mendapatkan tekanan udara akibat adanya
gaya tumbukan molekul-molekul udara pada permukaan tersebut Tekanan udara
di permukaan laut adalah sekitars1 atm = 101 kN/m = 101 kPa
4

9. Tekanan udara baku adalah 1,01 x 105
Pa yang ekivalen dengan 14,7lb/inci2
.
Satuan tekanan lain yang juga dipakai adalah sebagai berikut :
Tekanan 1 atmosfer (atm) = 1,013 x 105
Pa
1 torr = 1 mm raksa (mmHg) = 133,32 Pa
Dari persamaan diferensial yang sama dapat kita cari tekanan atmosfer pada
ketinggian tertentu. Untuk itu digunakan definisi kerapatan:
VM=ρ
Dan persamaan kedua gas ideal :
nRTpV =
Sehingga dari kedua persamaan tersebut didapat :
nRTMpVM /==ρ
Jika ρ tersebut kita masukan pada persamaan, maka kita akan memperoleh
persamaan diferensial :
p
nRT
Mg
dz
dp
−=
Untuk dapat mengintegrasikan persamaan ini, persamaan tersebut kita ubah
bentuknya menjadi :
dz
nRT
Mg
p
dp
−=
Integrasi persamaan ini menghasilkan :
In Cz
nRT
Mg
p +−=
Dimana C adalah konstanta integrasi. Dengna memsaukkan syarat batas
p(0)=po, maka didapa C = In p(0) = In po. Sehingga persamaan diatas dapat kita
tulisakan dalam bentuk :
nRT
Mgz
ocpp
−
=
Dimana po adalah tekanan udara pada permukaan bumi, dan p adalah
tekanan udara pada ketinggian z dari permukaan bumi. Persamaan ini disebut
persamaan barometris. Dari persamaan tersembut nampak bahwa tekanan udara
makin menurun pada ketinggian yang makin besar.
5

10. 6. Alat Pengukur Tekanan
Evangelista Torricelli(1608-1647) membuat suatu metode untuk mengukur
tekanan atmosfer dengan diciptakan olehnya barometer air raksa pada tahun 1643.
Barometer air raksa tersebut adalah sebuah tabung gelas yang panjang yang telah
diisi oleh air raksa dan dibalikkan didalam sepiring air raksa. Ruang diatas kolom
air raksa hanya mengandung uap air raksa, yang tekanannya adalah begitu kecil
pada temperature biasa sehingga tekanan tersebut dapat diabaikan besarnya.
Kebanyakan alat pengukuran tekanan menggunakan tekanan atmosfer
sebagai tingkat referensi dan mengukur perbedaan diantara tekanan sesungguhnya
dan tekanan atmosfer. Tekanan atmosfer disuatu titik secara numeric adalah sama
dengan berat kolom udara sebanyak satu satuan luas penampang yang
membentang dari titik tersebut ke puncak atmosfer. Maka, tekanan atmosfer
disuatu titik akan berkurang dengan ketinggian. Dari hari ke hari akan ada variasi-
variasi tekanan atmosfer karena atmosfer tersebut tidaklah static. Kolom air raksa
didalam barometer akan mempunyai tinggi sebesar kira-kira 76 cm di permukaan
laut yang berubah dengan tekanan atmosfer, Suatu tekanan yang ekuivalen dengan
tekanan yang dikerahkan oleh persis 76 cm air raksa pada 0o
C dibawah gravitasi
standar, g = 32,172 kaki/s2
= 980,665 cm/s2
, dinamakn satu atmosfer (1atm).
Massa jenis air raksa pada temperature ini adalah 13,5950 gr/cm3
. Maka, satu
atmosfer adalah ekivalen dengan
1 atm = (13,5950 gram/cm3
)(980,665 cm/s2
)(76,00cm)
= 1,013 x 105
N/m2
(=1,013 x 105
Pa)
= 2116 pon/kaki2
= 14,70 pon/inci2
Seringkali tekanan-tekanan dispesifikasikan dengan memberikan tinggi
kolom air raksa, pada 0o
C di bawah gravitasi standar yang mengerahkan tekanan
yang sama. Inilah asal mulanya pernyataan tekanan “sentimeter air raksa (cm-
Hg)” atau tekanan “inci air raksa (inci-Hg).” Akan tetapi, tekanan adalah
perbandingan gaya kepada luas, dan bukannya suatu panjang.
6

11. Adapun alat untuk mengukur tekanan adalah sebagai berikut :
a. Manometer
Manometer adalah pengukur tekanan fluida pada suatu ruangan tertutup.
Manometer merupakan sebuah pipa U yang berisi cairan pengukur. Pada
manometer kedua kaki pipa U terbuka.
Gambar 4. Manometer
Persamaan yang akan diperoleh :
gxppdasar ρ+= (dikaitkan dengan tekanan dalam ruang tertutup p)
)( xhgpp odasar ++= ρ (dikaitkan dengan tekanan udara luar po)
)( xhgpgxp o ++=+ ρρ (Dalam keadaan setimbang)
Tekanan ruang tertutup adalah :
ghpp o ρ+=
b. Barometer
Barometer adalah pengukur tekanan fluida pada suatu ruangan terbuka.
Barometer merupakan sebuah pipa U yang berisi cairan pengukur. Pada
manometer kedua kaki pipa U tertutup.
Gambar 5. Barometer
Persamaan dari gambar di atas dalam keadaan setimbang adalah :
)( xhggxp +=+ ρρ
Sehingga diperoleh rumus tekanan absolut yang diukur dengna barometer
sebesar :
ghp ρ=
po
h
x
P
po
p h
x
7

12. D. Tekanan Hidrostatik
Telah kita ketahui sebelumnya bahwa tekanan dalam zat cair bergantung
pada ke dalaman; makin dalam letak suatu tempat di dalam zat cair, makin besar
tekanan pada tempat itu. Hal tersebut dapat dibuktikan pada percobaan berikut:
- Buatlah 3 lubang yang tegak lurus pada sebuah kaleng.
- Perhatikan lubang mana yang paling jauh pancaran airnya.
Tampak jelas pada percobaan tersebut bahwa
pada lobang ketiga memiliki lintasan yang paling
jauh. Peristiwa tersebut mebuktikan pernyataan di
atas, yaitu makin dalam letak suatu tempat di
dalam zat air, makin besar tekanan pada tempat
itu.
Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam suatu wadah tertarik ke bawah.
Makin tinggi zat cair dalam wadah, makin berat zat cair itu, sehingga makin besar
tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah. Tekanan zat cair yang hanya
disebabkan oleh beratnya disebut dengan tekanan hidrostatik.
Penurunan rumus tekanan hidrostatik :
- Luas penampang pada balok tersebut adalah A = p x l
- Sedangkan untuk massa zat cair adalah (massa jenis
air = ρ ) : hlpVm .... ρρ ==
- ghlpgmF ...... ρ==
- hg
lp
ghlp
p ..
.
....
ρ
ρ
==
Keterangan:
p = tekanan (N/m2
) atau Pa
ρ = massa jenis (kg/m3
)
g = gravitasi (9,8 m/s2
atau 10 m/s2
)
h = kedalaman (m)
Gambar 6. Pancaran air di
dalam sebuah kaleng yang
berlubang
l
p
t
Gambar 7. Balok
1
2
3
8

13. Tabel 1. Massa Jenis Beberapa Bahan Dan Benda (Kg/m3
)
Ruang antar bintang 1013
-10-21
Vakum laboraturium yang terbaik ∼10-17
Hidrogen : pada 0o
C dan 1,0 atm 9,0 x 10-2
Udara : pada 0o
C dan 1,0 atm
pada 100o
C dan 1,0 atm
pada 0o
C dan 50 atm
1,3
0,95
6,5
Busa styro ∼1 x 102
Es 0,92 x 103
Air : pada 0o
C dan 1,0 atm
pada 100o
C dan 1,0 atm
pada 0o
C dan 50 atm
1,000 x 103
0,958 x 103
1,002 x 103
Aluminium 2,7 x 103
Air Raksa 1,36 x 104
Platina 2,14 x 104
Bumi : Massa Jenis Rata-rata
Massa Jenis Inti
Massa Jenis Kerak
5,52 x 103
9,5 x 103
2,8 x 103
Matahari : Massa Jenis Rata-rata
Massa Jenis di Pusat
1,4 x 103
∼1,6 x 105
Bintang cebol putih (massa jenis pusat) 108
– 1015
Inti uranium 10-7
Hukum Pokok Hidrostatika
Persamaan pada tekanan hidrostatik pada suatu titik di dalam suatu zat cair
bergantung pada massa jenis zat cair dan letak titik tersebut di bawah permukaan
zat cair. Ini berarti, di dalam satu jenis zat cair (misal, air dalam suatu wadah)
tekanan hidrostatik hanya bergantung pada letak titik tesebut dari permukaan zat
cair (kedalaman). Untuk semua titik yang terletak pada kedalaman yang sama
maka tekanan hodrostatiknya sama. Oleh karena itu, permukaan zat cair terletak
pada bidang datar, maka titik-titik yang mmilki tekanan yang sama terletak pada
suatu bidang datar. Dari keterangan tersebut didapat suatu kesimpulan yaitu
semua titik yang terletak pada bidang datar di dalam satu jenis zat cair memiliki
tekanan yang sama. Pernyataan tersebut merupakan hukum pokok hidrostatik.
9

14. I. Hukum Pascal
Hukum Pascal mengatakan : Tekanan pada suatu titik akan diteruskan ke
semua titik lain secara sama. Artinya bila tekanan pada suatu titik dalam zat cair
ditambah dengan suatu harga, maka tekanan semua titik di tempat lain dan pada
zat cair yang sama akan bertambah dengan harga yang sama pula.
Hukum ini dengan mudah didapat diturunkan dari hubungan linier antara
tekanan dan kedalaman.
Sedangkan pada prinsip Pascal yang pertama kali ditemukan oleh Blaise
Pascal (1623 – 1662) yaitu tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang
tertutup diteruskan sama besar ke segala arah.
Adapun rumus yang tekanan pada hukum pascal ini adalah sebagai berikut :
2
2
1
1
21
A
F
A
F
pp
=
=
1
2
1
2
2
12
1
2
2
2
1
1
2
2
xF
D
D
F
xF
D
D
F
xF
A
A
F






=
=
=
π
π
Contoh soal :
Pada sistem sepeerti tampak pada gambar silinder p,
luas penampang 600cm2
dan diberi beban M kg.
Penghisap kanan Q, luas penampangnya 20cm3
.
Sedangkan beratnya dapat diabaikan sistem diisi
dengan cairan yang massa jenisnya 900 kg/m3
. Jika
sistem seimbang untuk besar F adalah 25N. Tentukan
massa M (g=10m/s2
)
Dik : Ap = 600cm2 = 600 x10-4 m2 h = 5 m
Aq = 20 cm2 = 20 x 10-4 m2 F = 25N
ρ = 900kg/m3
Keterangan :
p= tekanan (N/m2
) atau Pa
F = Gaya yang bekerja (N)
A = Luas bidang (m2
)
D = Diameter (m)
F=25N
5
m
1
2
Q
P
M
Gambar 8. Menentukan massa
10

15. Dit : massa (m) = . . . kg
Jawab :
gh
A
F
A
F
ghpp
pp
p
Qp
ρ
ρ
+=
+=
=
0
( )
kgm
x
m
mxsmxmkg
x
N
x
m
gh
A
F
A
mg
Qp
345
57500
1060
5/10/900
1020
25
10600
)10(
4
22
44
=
=
+=
+=
−
−−
ρ
Pemanfaatan Prinsip Pascal Dalam Keseharian Dan Teknologi
1. Dongkrak Hidrolik
Gambar 9. Dongkrak Hidrolik
2. Pompa Hidrolik Ban Sepeda
Prinsip pompa hidrolik adalah dengan gaya yang kecil
yang diberikan pada penghisap kecil, sehingga pada
penghisap besar akan dihasilkan gaya yang cuku besar.
Dengan demikian, pekerjaan memompa sepeda menjadi
lebih ringan.
3. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil
Prinsip kerjanya adalah udara dengan
tekanan tinggi masuk melalui keran K1. Udara
ini dimampatkan dalam tabung A. Tekanan
udara yang tinngi ini diteruskan oleh minyak
(fluida) ke pengisap B. Pada pemgisap B
dihasilkan gaya angkat yang besar, sehingga
mampu mengangkat mobil.
Beban
Minyak
Tertekan
Tekanan diteruskan melalui minyak
Penghisap
ditekan ke atas
Luas 0,01M2
Luas 0,01M2
Minyak
Tertekan
Penghisap
ditekan ke bawah
Usaha
Keran
Pemasukan
udara
Keran
Pemasukan
udara Beban
Minyak
Udara
Mampat
Pengisap
A Pengisap
B
K1 K2
Gambar 10.
Pompa
Hidrolik Ban
Sepeda
Gambar 11. Mesin Hidrolik Pengangkat
Mobil
11

16. 4. Mesin Pengepres Hidrolik
Prinsip kerjanya, silinder kecil terdiri
dari sebuah pompa yang akan menekan
cairan di bawah pengisap kecil. Tekanan
pada pengisap kecil akan diteruskan oleh
cairan dengan sama kuat menuju pengisap
besar pada silinder besar. Akibatnya akan
ada dorongnan ke atas pada pengisap
besar. Dorongan ini akan mengepres kapas
yang diletkan pada sebuah ruang di atas
pengisap besar.
5. Rem Piringan Hidrolik
Setiap rem mobil dihubungkan oleh pipa-pipa menuju ke silinder master. Pipa-
pipa penghubung dan master diisi penuh dengan minyak. Ketika kaki menekan
pedal rem, master silinder tertekan. Tekanannya diteruskan oleh minyak rem ke
setiap silinder rem (ada 4 buah). Gaya tekan pada silinder rem mnekan sepasang
sepatu rem sehingga, menjepit piringan logam. Akibatnya, jepitan ini
menimbulkan gesekan pada piringna yang melawan arah gerak piringan hingga
akhirnya menghentikkan putaran roda.
F. Hukum Archimedes Dan Gaya Apung
Hukum Archimedes mengatakan bahwa setiap benda yang berada di dalam
fluida maka benda itu akan mengalami gaya ke atas, yang di sebut gaya apung,
sebesar berat benda zat cair yang dpindahkannya. Sedangkan gaya apung
aF adalah selisih antara berat benda ketika di udara ubw . dengan berat benda ketika
tercelup sebagaian atau seluhnya dalam suatu fluida fbw . .
fbuba wwF .. −=
Gaya apung terjadi karena makin dalam zat cair, makin besar tekanan
hidrostatiknya. Hal ini menyebabkan tekanan pada bagian bawah lebih besar
daripada tekanan pada bagian atasnya.
Pengisap
Kecil Pengisap
Besar
Pompa
Kapas
Gambar 12. Mesin Pengpres Kapas
12

17. Perhatikan sebuah silinders yang tingginya h, luasnya A, yang tercelup
seluruhnya di dalam zat cair dengan massa jenis fρ .
Fluida melakukan tekanan hidrostatik
111 ghp ρ= pada bagian ata silinder. Gaya yang
berhubungan dengan tekanan adalah
AghApF f 111 ρ== berarah ke hidrostatik
AghApF f 222 ρ== dengna arah ke atas.
Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung aF
Jadi, 12 FFFa −=
( )
bff
f
f
ff
gV
gAh
hhgA
AghAgh
ρ
ρ
ρ
ρρ
=
=
−=
−=
12
12
Perhatikan fbff MV =ρ adalah massa fluida yang dipindahkan oleh benda;
gMgV fbff =ρ adalah berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Jadi, gaya
apung aF yang dikerjakan fluida pada benda (silinder) sama dengna berat fluida
yang dipinahkan oleh benda (silinder). Pernyataan ini berlaku untuk sembarang
bentuk benda, dan hasil ini pertama kali diperkenalkan Archimedes, ahli
matematika, fisika dan teknik Yunani. Oleh karena itu, pernyataandi atas dikenal
dengan hukum Archimedes. Jadi hukum Archimedes adalah :
Ket : fρ = massa jenis fluida
bfV = volume benda yang tercelup
g = gaya gravitasi
Fa = gaya apung
Gambar13. menentukan gaya
apung
Sebab h2 - h1 = h
Sebab A h = Vbf adalah volume silinder yang tercelup dalam
fluida.
Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang
diclupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam suatu fluida
sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda.
gMF fa =
gVF bffa ρ=
h2
h1
h
F
13

18. Perhatian :
- Hukum Archimedes berlaku untuk semua fluida (zat cair dan gas)
- Vbf adalah volume benda yang tercelup dalam fluida. Jika benda tercelup
seluruhnya, Vbf = volume benda. Tetapi jika volume benda hanya tercelup
sebagian, Vbf = volume benda yang tercelup dalam fluida saja. Tentu saja
untuk kasus ini, Vbf < volume benda.
1). Hubungan Massa Jenis Benda Dan Massa Jenis Fluida
Untuk benda yang tercelup seluruhnya dapat menggunakan rumus yang
berkaitan dengan perbandingan massa jenis benda dengan massa jenis fluida
( )fb ρρ / . Jika benda tercelup seluruhnya dalam fluida maka volume benda yang
tercelup dalam fluida sama dengna volume benda, ( )bbf VV = hingga dari
persamaan apunng yang diperoleh :
g
F
VgVFgVF
f
a
bbfabffa
ρ
ρρ =→=→=
Berat benda w dapat dinyatakn dalam volume benda Vb
( )gVmgw bbρ== sebab bbVm ρ=
g
g
F
w
b
a
b 





=
ρ
ρ substitusi bV dari
2). Mengapung, Tenggelam dan Melayang
a. Mengapung
Jika sebuah balok kayu dicelupkan seluruhnya
ke dalam air, gaya apung pada balok lebih besar
dari berat balok (Fa>w). Jika balok bebas (tidak
ditahan)maka balok akan bergerak ke atas
sampai gaya apun Fa sama dengna berat balok
w. Pada saat itu sebagian balok muncul ke
permukaan air.
af
b
F
w
=
ρ
ρ
Fa
w
Gambar14. Benda
mengapung
w
Fa
Fa=w
14

19. Peristiwa tersebut disebut dengan mengapung Persamaan yang didapat adalah :
Yaitu :
b
bff
b
bffbb
a
a
V
V
gVV
Fmg
Fw
ρ
ρ
ρρ
=
=
=
=
)()(
Persamaan untuk lebih dari satu massa jenis yaitu :
b
bffbffbfifi
b
bfifi
b
V
VVV
V
V ....3322 ρρρρ
ρ
++
==
∑
b. Tenggelam
Peristiwa tenggelam terjadi karena
gaya apung lebih kecil dari pada berat benda
( )wFa < . Tetapi volume cairan yang
dipindahkan benda sama dengna volume
benda itu sendiri ( )bbf VV = , maka turunan
untuk jenis benda lebih besar dari pada
massa jenis fluida :
( )fb ρρ >
Berat Benda = Gaya Apung
Untuk kasus mengapung, masa jenis rata-rata
lebih kecil dari pada massa jenis fluida :
fb ρρ <
Fluida 3 (ρρρρF3)
Fluida 1 (ρρρρF1)
Fluida 2 (ρρρρF2)
Fa
w
Fa
w
Fa<w
Fa<w
Gambar15.Lebih dari
satu massa jenis
Gambar16.Benda
Tenggelam
15

20. c. Melayang
Pada kasus melayang, berat benda
sama dengan gaya apung, sehingga
didapat persamaan :
( ) ( )
fb
bffbb
a
gVgV
Fw
ρρ
ρρ
=
=
=
Dari persamaan tersebut
mengungkapkan bahwa massa jenis rata-
rata benda sama dengna massa jenis
fluida :
fb ρρ =
Sehingga pada kasus mengapung dan tenggelam didapat pernyataan :
Pada kasus tenggelam dan mengapung berat benda dengan gaya apung
sama besarnya (Fa=w), sedangkan volume yang ada pada kasus mengapung
adalah bbf VV = . Dan pada volume kasus tenggelam adalah bbf VV < .
3). Penerapan Hukuman Archimedes
a. Hidrometer
Bagian kaca tabung dibebani
butiran timbal. Diameter bagian bawah
tabung kaca dibuat lebih besar supaya
volume zat cair yang dipundahkan
hidrometer dapat mengapung di dalam zat
cair.
Dasar matematis prinsip kerja hidrometer
adalah sebagai berikut :
Gaya ke atas = Berat Hidrometer
Fa<w
Fa=w
Gambar17.Benda
Melayang
Zat cair yang massa
jenisnya lebih besar dari
pada massa jenis air
0,90
1,40
0,90
1,40
Skala terbaca
disini dan
menunjukkan
massa jenis
relatif
Timbal
Gambar18. Hidrometer
Fa
w
Fa
w
16

21. wgV fbf =ρ , dengan berat hidrometer w tetap
( ) mggAh fbf =ρ , sebab Vbf = Ahbf
f
bf
A
m
h
ρ
=
b. Kapal Laut Dan Kapal Selam
Kapal laut yang terbuat dari besi dibuat
berongga, sehingga volume air laut yang
dipindahkan oleh badan kapal menjadi sangat
besar. Gaya apung sebanding dengan volume
air yang dipindahkan, sehingga gaya apung
menjadi sangat besar. Gaya apung mampu
mengatasi berat total kapal, sehingga kapal
laut mengapung.
c. Balon Udara
Mula-mula balon udara diisi dengan gas panas,
sehingga balon menggelembung dan volumenya
bertambah. Bertambahnya volume balon berarti bertambah
pula volume udara yang dipindahkan oleh balon. Ini berarti
gaya apung sudah bertambah besar. Suatu saat gaya apung
sudah lebih besar dari pada besar total balon (buat balon
dan muatan), sehingga balon pun bergerak. Gambar22. Balon Udara
Gaya Apung
Gaya
Berat
Fa
Gaya Apung
Kapal
w
Berat Besi
Gambar20. Kapal Laut
x
hbf
h
Gambar19. Hbf = h- x
Air laut
Udara
Udara Kompaan
Tangki
Pemberat
Terapung
Udara
Keluar
Air laut
Masuk
Menyelam Tenggelam
Udara
Masuk
Katub terbuka
Air laut keluar
Mengapung
Gambar 21. Proses mengapung dan tenggelam Pada kapal selam
17

22. d. Galangan kapal
Sebuah kapal yang terapung di atas gelanggang
yang sebagian masih tenggelam, karena air laut juga
masuk di dalam ruang diantara dinding pada
gelanggang kapal itu. Setelah diberi topangan kuat,
air laut dari dalam ruang anatara dinding rangkpa di
keluarkan secara perlahan-lahan. Setelah seluruh air
dikeluarkan maka kapal terangkat ke atas.
G. Tegangan Permukaan
1. Pengertian dan Pengukuran Tegangan Permukaan
Sebuah silet yang terbuat dari logam dapat terapung bila diletakkan secara
mendatar di atas permukaan air secara hati-hati, padahal berat jenis silet tersebut
lebih besar dari berat jenis air. Hal ini seolah-olah bertentangan dengan hokum
Archimedes. Tetapi sebenarnya tidak demikian. Gaya apung Archimedes tetap
berlaku seperti biasa tetapi ada gaya lain yang bekerja pada silet yang
menyebabkan gay ke atas menjadi sama besarnya dengan gaya berat.Gaya ke atas
tambahan itu disebabkan oleh adanya apa yang disebut tegangan permukaan.
Tegangan permukaan ini disebabkan oleh karena permukaan zat cair dalam
keadaan tegang, sehingga membentuk suatu lapisan permukaan seperti sebuah
selaput. Selaput ini terbentuk oleh karena pada permukaan ini ikatan kohesi antar
molekul hanya ada pada air bawah dan ke samping sehingga akhirnya lebih
banyak molekul cairan persatuan luas pada permukaan ketimbang pada bagian
sebelah dalam Selaput permukaan ini menarik setiap garis yang menyentuh
permukaan dengan arah tegak lurus pada garis tersebut Besarnya gaya tegangan
permukaan persatuan panjang disebut sebagai tegangan permukaan.
2. Kapilaritas
Gejala kapilaritas ialah menariknya atau menurunnya permukaan cairan di
dalam suatu pipa dengan diameter yang cukup kecil bila pipa itu dicelupkan
dalam suatu cairan secara tegak. Pipa tersebut disebut juga sebagai pipa kapiler.
Jika permukaan cairan dalam pipa nampak lebih tinggi daripada yang di luarnya,
Gambar23. Galangan Kapal
18

23. maka permukaan di dalam pipa tersebut akan nampak cekung, sebaliknya jika
lebih rendah akan nampak cembung. Hal ini dapat diterpkan dengan
menggunakan hokum Newton yang sekaligus memasukkan factor tegangan
permukaan dan tegangan hidrostatika.
Gaya-gaya yang bekerja pada kolom cairan dalam pipa yang bersifat
hidrostatika pada bagian atas dan bagian bawah kolom tersebut saling
meniadakan. Jadi tinggal keseimbangan antara gaya tegangan permukaan pada
dinding pipa dan gaya berat kolom zat cair.
H. Evaluasi
Jawablah soal dibawah ini dengan benar !
1. Sebuah tabung logam 80 Kg, panjang 2m, luas penampang 25m2
, berdiri tegak
di atas lantai. Berapakah tekanan yang akan dilakukan tabung itu pada lantai ?
2. Sebuah benda aluminium apabila ditimbang (dalam udara)
massanya 25gr.
a) Berapakan volume benda itu.
b) Berapakah T (rapat massa aluminium 2.700 kg/m3
)
3. Tekanan udara luar adalah sekitar 1 x 105
Pa. Berapa besarkah gaya yang akan
dilakukan udara dalam kamar pada kaca jendela berukuran 40 cm x 80 cm?
4. Berapakan tekanan hidrostatik pada kedalaman 50 ft dalam danau? (Rapat
berat air adalah 62,4 lb/ft3
).
5. Kapal selam menyelam hingga dalam 120 meter, berapakah tekanan yang
dialaminya? Rapat massa air laut 1,03g/cm3
?
6. Sebuah benda berbentuk silinder terbuat dari aluminium ( ρ =2700Kg/m3
),
dalam udara beratnya 67 g dan tercelup dalam terpenten “beratnya 45 g”.
Berapakah rapat massa terpenten?
7. Menunjukan alat tekan hidrolik penghisap besar luas
penampangnya A1 = 200 cm2
dan penghisap kecil
luas penampangnya A2 = 5 cm2
. Gaya 250 N
diadakan pada penghisap kecil, berapakh gaya yang
bekerja pada penghisap besar?
F
T
mg
A2
F2
F1
A1
19

24. 8. Pipa U disebut manometer (terbuka). Tampak
bahwa permukaan raksa dalam kedua kaki
tidak sama tinggi. Berapakah tekanan dalam
bejanan, kalau tekanan luar adalah 76 cmHg?
(Rapat massa raksa 13,6 g/cm3
)
9. Suatu benda beratnya 86gr dalam udara dan 73 gr,
bila tercelup dalam air. Berapakah rapat massanya?
10. Alat pengukur tekanan hidrostatik (manometer) menunjukkan bahwa tekanan
air ledeng di lantai dasar gedung besar adaah 270 kPa (kira-kira 40lb/in2).
Sampai Ketinggian berapakah air dapat naik dalam pipa ledeng gedung itu?
A1 A2
5cm
20

25. Daftar Pustaka
Haliday, David. 1999. Fisika. Jakarta: Erlangga.
http://id.wikipedia.org/wiki/statika fluida
Kanginan, Marthen. 2003. Fisika Terpadu IB SMU Kelas 1 Semester 2. Jakarta:
Erlangga
Tim Penyusun. 2004. Fisika Dasar I Mekanika Dan Thermodika. Bandung :
Fakultas MIPA Jurusan Fisika IPB.
V